Номер 5, страница 132 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

5. Назовите процессы взаимодействия между молекулами воды и растворяемым веществом при образовании водного раствора.

Решение

Процесс образования водного раствора представляет собой сложное физико-химическое явление, которое включает в себя несколько последовательных и параллельных процессов взаимодействия между молекулами воды (растворителя) и частицами растворяемого вещества. Эти процессы можно разделить на три основных этапа:

1. Разрушение структуры растворяемого вещества и растворителя

Перед тем как частицы растворяемого вещества смогут смешаться с молекулами воды, необходимо преодолеть силы, удерживающие их вместе. Для ионных соединений (например, поваренная соль $NaCl$) это энергия кристаллической решетки, то есть силы притяжения между ионами. Для молекулярных соединений (например, сахар) это межмолекулярные силы. Одновременно с этим происходит частичное нарушение связей (водородных) между молекулами самой воды, чтобы освободить пространство для частиц растворяемого вещества. Оба эти процесса требуют затрат энергии.

2. Гидратация частиц растворяемого вещества

Это основной процесс взаимодействия, в ходе которого частицы растворяемого вещества (ионы или молекулы) окружаются полярными молекулами воды. Молекула воды ($H_2O$) является диполем, так как на атоме кислорода есть частичный отрицательный заряд ($δ^−$), а на атомах водорода — частичные положительные заряды ($δ^+$). Вследствие этого молекулы воды ориентируются вокруг ионов: отрицательными полюсами (атомами кислорода) к положительным ионам (катионам) и положительными полюсами (атомами водорода) к отрицательным ионам (анионам). Это называется ион-дипольным взаимодействием. С полярными молекулами растворяемого вещества (например, со спиртами, сахарами) молекулы воды взаимодействуют посредством образования водородных связей. В результате вокруг каждой частицы растворяемого вещества формируется гидратная оболочка. Процесс образования таких оболочек называется гидратацией, а образующиеся соединения — гидратами. Гидратация сопровождается выделением энергии, которая часто компенсирует энергию, затраченную на первом этапе. Если растворяемое вещество является электролитом (соль, кислота, щелочь), то сильное взаимодействие с молекулами воды приводит к его электролитической диссоциации — распаду на гидратированные ионы.

3. Диффузия гидратированных частиц

Образовавшиеся гидратированные ионы или молекулы, находясь в состоянии непрерывного теплового движения, самопроизвольно и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Этот процесс переноса вещества называется диффузией. В результате образуется гомогенная (однородная) система — раствор.

Таким образом, растворение — это не просто механическое смешивание, а сложный физико-химический процесс.

Ответ: Основными процессами взаимодействия между молекулами воды и растворяемым веществом при образовании водного раствора являются: 1) разрушение структуры растворяемого вещества и растворителя; 2) гидратация частиц растворяемого вещества (взаимодействие полярных молекул воды с ионами или молекулами с образованием гидратных оболочек), которая для электролитов приводит к электролитической диссоциации; 3) диффузия гидратированных частиц в объеме растворителя.